Creation of Liquid Crystal Actuators Based on Nanostructured Ionic Liquids

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02021
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: YOSHIO Masafumi 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, グループリーダー (60345098)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: アクチュエータ / 液晶 / イオン伝導 / 自己組織化 / 触覚

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed ion-conductive actuators exhibiting world-class large displacement, high-frequency responsiveness, and high output through an innovative electrolyte material design strategy that organized ionic liquids into liquid crystal nanostructures. Specifically, we designed photocrosslinked polymer films with columnar, lamellar, and micellar cubic structures formed from photopolymerizable molecules and ionic liquids, as well as microphase-separated composite films from ion-conductive low molecular weight liquid crystals and vinyl polymers. We fabricated three-layer actuator devices with these polymer electrolytes sandwiched between conductive polymers and demonstrated novel applications such as soft gripper robots, bending mirrors, and ring-shaped haptic feedback devices utilizing their high-speed large deformation and high output.

Free Research Field

有機・高分子材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、新しい材料設計戦略に基づくイオン伝導性液晶高分子およびこれを活用した高速変形・高出力を示す電気活性ソフトアクチュエータを実現した。これら成果は、新たな液晶材料の機能性材料としての可能性を大いに広げるものであり、エレクトロニクスや医療分野へのインパクトは大きい。特に、本研究で開発した世界初の指輪型触覚提示アクチュエータは、視覚障がい者歩行支援や遠隔コミュニケーションなどへの応用展開が期待できる。新しい物質を生み出す化学を駆使し、従来材料では成し得なかった高性能アクチュエータを実現した本研究成果は、持続可能な超情報化社会およびウェルビーイング社会の実現に大きな貢献を果たすものである。